Radioactivité pdf - cours première et pass PDF

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cours première et pass...

Description

Désexcitation!radioactive! ! ● ●

Les!types!de!désintégration!précédents!peuvent!exister!à!l’état!pur.!Ils!consistent!au!passage!du!noyau!père!au! noyau!fils!en!une!seule!transition.!!! Ou!alors!à!état!différent!de!l’état!pur!:!! ○ Passage!noyau!père!au!noyau!fils!s’effectuant!par!des!niveaux!énergétiques!intermédiaires!! ○ Noyau!fils!se!trouvant,!après!désintégration,!dans!un!état!excité!! ○ Excédant!d’énergie!:!expulsé!sous!forme!d’un!photon&(rayonnement&gamma)&ou!transféré&à&un& électron&du&cortège&électronique&qui&sera&alors&expulsé&de&l’atome&(électron)de)conversion)interne)&!

& ! ●

Exemple!:!un!Atome!fils!dans!un!état!excité!

●

Le!retour!à!un!état!fondamental!peut!s’effectuer!en!passant!par!plusieurs&états&excités&intermédiaires!(60!keV! à!3!MeV)!!

! ! ! ! !

! ! ! ! ! ! ! ! !

1. Les!électrons!de!conversion!interne!et!rayonnement!gamma! ! ●

Le!retour!à!un!état!fondamental!peut!s’effectuer!par!le!transfert!de!l’excès! énergétique!à!un!électron!du!cortège!électronique!(le!plus!souvent!du! niveau!K)!qui!sera!expulsé!de!l’atome!! ฀!Électron!de!conversion!interne!(en!compétition!avec!l’émission!gamma)!

●

Bilan&énergétique!:!Partage!entre!l’énergie!nécessaire!pour!libérer!l’électron! (soit!l’énergie!de!liaison!sur!la!couche)!et!l’énergie!cinétique!relative!à!la! vitesse!avec!laquelle!il!quitte!l’atome!! ฀!Ionisation!de!l’atome!(en!compétition!avec!l’émission!gamma)!!

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Rayonnements!e.m.!gamma:!Le!noyau!n’est!pas!totalement!stabilisé.!Les!nucléons!sont!sur!des!niveaux! d’énergie!d’excitation!plus!élevés,!ils!libèrent!leur!énergie!en!trop!par!un!photon!:!c’est!le!rayonnement! gamma.!! ○ Ne!se!distinguent!pas!physiquement!des!RX!!! ○ Mais!sont!généralement!plus!énergétiques!!! ■ Plus!grande!fréquence!!! ■ Plus!petite!longueur!d’onde!!! ○ Origine!:!noyau!! Libération!photon!gamma!!! ○ Instantanée!:!10-16!à!1!sec!!

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! !

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○

■ atome!excité!*!:!X*!!! Isomérique!:!parfois!très!longue!! ■ atome!métastable!m!:!mX!

! !

2. Les!radionucléides!métastables! ! ●

Le!noyau!fils!ne!se!désexcite!pas!instantanément!mais!avec!une!période!qui!lui!est!propre!! ฀!Niveaux!métastables!:!!

! Exemple!:!! ! ! !

T!½!molybdène-99!:!66!H!! T!½!technétium-99m!:!6!H!!

3. Les!applications!médicales!des!émetteurs!gamma! ! Scintigraphie!osseuse!avec!du!99mTc-MDP! ▪ le!but!est!de!repérer!les!métastases! ▪ Le!Tc99m!est!sous!forme!de!générateur!dans!le!laboratoire,!on! peut! marquer! une! molécule,! on! fixe! du! Tc! sur! cette! molécule! qui! est! un!phosphonate!ayant!la! propriété!de!se! fixer!sur!l’os.! C’est! un! médicament! qui! peut! être! rendu! radioactif.! Le! MDP! peut!se!fixer!sur!le!squelette!et!on!peut!en!faire!une!image.!! ▪ Examen&normal!:!au!niveau!des!cartilages!il!a!une!fixation!plus! importante,!il! y!a! des!remaniements! osseux,!le!phosphonate!rentre!à! chaque!fois!là!où!il!y! a!des!échanges.! Dans! les!articulations,!il!y!a!des!remaniements!donc!fixation!importante.!! ▪ Métastases&osseuses!:!cela!permet!de!repérer!et!de!localiser!les!métastases!osseuses,!des!cancers!ostéophiles!ont! une! affinité! particulière! pour! l’os!:! cancer! de! la! prostate! et! cancer! du! sein.! Cela! n’est! pas! forcément! visible! en! radio.!Repère!mieux!les!métastases!car!zones!ou!il!y!a!des!métastases!il!y!a!plus!de!métabolisme!osseux!.! ! & & & Nodule& froid!:! déficit,! une! partie! de! la! thyroïde! ne! capte! plus! l’iode,! dans! 10%!des!cas!cela!peut!être!un!cancer!ne!captant!pas!l’iode.!! Nodule& chaud!:! adénome! toxique,! une! seule! zone! de! la! thyroïde! capte! énormément! l’iode,!il! capte!pratiquement! tout! l’iode.!L’adénome! n’est! plus! régulé!par!la!TSH.!Il!entraîne!une!hyperthyroïdie.!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

!

!

Processus! radioactif!

Noyau!trop! gros!

α!

Excès! neutrons!

Excès!protons!

Noyau!excité!

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

!

Radiations! émises! ! ! 𝐻𝑒!

Spectre!

exemples!

raies!(thérapie)!

!

β-!

e-!

continu!(thérapie!et!un!peu! d’imagerie!in!vitro)!

β +!

e+!

continu!(imagerie)!

! ! Capture! électronique!

γ!

! x! réarrangement! (+!2!photons)! e-!Auger!! gamma! nucléaire! ! diffusé! Compton!

carbone!14!→!in!vitro! iode!131!→!théranostic! (traitement!cancer!de!la! thyroïde!+!scintigraphie!de! la!cortico!surrénale)! carbone!11! fluor!18!→!FDG! =!caméra!TEP!

raies!(imagerie)!

! Iode!125!→!in!vitro! Iode!123!→!in!vivo!→! scintigraphie!de!la!thyroïde!

raies!(imagerie)! !

Tc99!→!scintigraphie! osseuse!

continu!

!

II.!!Grandeurs!physiques!et!propriétés!fondamentales!! !

A) Désintégration!radioactive!! !

1. Constante!radioactive! ! Radioactivité!:!transformation!du!noyau!à!travers!l’émission!d’un!ou!plusieurs!rayonnements!ou!particules!! - Désintégration!du!noyau!initial!! - Diminution!progressive!du!nombre!de!noyaux!! - Vitesse!de!désintégration!caractéristique!du!noyau!! • Indépendante!de!l’état!physique!! • Indépendante!de!l’état!chimique!! • Indépendante!de!l’âge!! -

Probabilité!de!désintégration!! • Indépendante!du!milieu!environnant!(°T,…)! • Indépendante!de!la!présence!d’autres!radionucléides!! • Phénomène!aléatoire!!

!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 2.!!Période!radioactive!! ! - Période&radioactive&(T)&ou&demi-vie&=&période&physique! • Temps!au!bout!duquel!le!nombre!de!noyaux!radioactifs!présents!à!l’instant!initial!aura!diminué!de!moitié!! • Caractéristique!d’un!isotope!radioactif! • De!la!fraction!de!secondes!à!des!milliards! d’années! ! ! ! ! ! ! ! ! !

!

Radioéléments&naturels&à&très&longue&période&& !

▪ ▪

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! `! ! Période&effective&(Te):&quand!on!injecte!un!médicament!dans!un!organe,!on!regarde!le!temps!nécessaire!pour!que! 50%!de!la!radioactivité!dans!cet!organe!disparaisse.!C’est!ce!qu’on!va!mesurer! Elle! disparaît! pour! sa! raison! physique,! si! les! atomes! sont! bien! fixés! dans! la! tumeur! la! période! va! diminuer.! En! même!temps! que!la! radioactivité!va! augmenter,!les! atomes! peuvent! quitter! la!tumeur.! Cela! est!dû! à! la! période! biologique:temps!nécessaire!pour!que!50%!des!atomes!du!médicament!quitte!un!organe!donné.!!

! ! ! ! ! ! ! B) Activité! ! - Source&radioactive&:!grand!nombre!d’atomes!qui!ne!se! désintègrent!pas!tous!en!même!temps!! - Activité&(A)&d’une&source&radioactive!! • Nombre!de!désintégrations!par!unité!de!temps! (seconde)!! • Unité!:!becquerel!(Bq)!! - Période&radioactive&(T)&ou&demi-vie! • !Temps!au!bout!duquel!le!nombre!de!noyaux!radioactifs!présents!à!l’instant!initial!aura!diminué!de!moitié!! ! Soit&A0&l’activité&initiale,&& - Après!1T,!l’activité!résiduelle!est!égale!à!A1!=!A0/2!! - Après!2T,!A2!=!A1/2!=!A0/4!=!A0/22! - Après!n!périodes,!An!=!A0/2n! Lamda&est&la&constante&de&désintégration& formule&fonctionne&aussi&pour&l’activité&soit:&&&&&&&&A&=&A0.e -λt& &

au&lieu&d’utiliser&la&formule&avec&exponentielle&pour&la&désintégration,&utilise& A=&A0&/&2n& & avec& ● A:&l’activité&de&la&substance&radioactive& ● A0:&l’activité&de&la&substance&radioactive&au&temps&0&

!

● ! -

n:&le&nombre&de&multiple&entier&(=&le&nombre&de&périodes)&&&

Activité&spécifique&! • Mesure!de!la!radioactivité!d’une!unité!de!masse!d’une!substance! • Ou!soit!le!nombre!de!désintégrations!par!unité!de!temps!et!par!mole!d’un!composé!marqué!donné!! • Bq/mole!!

! ! C) Relation!masse!-!activité!! ! ! !

! ! D) Loi!de!décroissance! ! Exemple!:!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! E) Taux!d’émission! & - Taux&d’émission&(n)&d’un&rayonnement! • Nombre!de!rayonnements!d’un!type!et!d’une!énergie!déterminés!émis!par! unité!de!temps! • Unité!:!s-1! ! !

!

F) Radioisotopes!utilisés!en!médecine!nucléaire! ! - MN!:!application!médicale!des!radioéléments!en!source!non!scellées!à!des!fins!! • Diagnostiques!:!! • !In!vivo!:!gamma!ou!β+!(détection!externe!:!courbes,!images..)! • !In!vitro!:!gamma!ou!β-!(dosages)!! • Thérapeutiques!:!β-!ou!α!! ! - Radioéléments&artificiels!:!par!bombardement!de!particules!dans!des!accélérateurs!de!particules!ou!des!réacteurs! nucléaires!! ! ! RÉSUMÉ& - Constante&radioactive&(λ)!:!probabilité!pour!qu’un!atome!se!désintègre!dans!l’unité!de!temps!! - Période&radioactive&ou&demi-vie&(T)!:!durée!de!temps!nécessaire!pour!qu’un!échantillon!de!N!atomes!radioactifs! n’en!contienne!plus!que!N/2!! - Activité&d’une&substance&radioactive!:!nombre!moyen!de!désintégrations!radioactives!par!seconde!! ! ! G) Filiation!radioactive! ! ● Filiation&radioactive!:!ensemble!des!désintégrations!qui!partent!d’un!noyau!initial! radioactif!pour!aboutir!à!un!noyau!final!stable.!! ○ Lorsque!le!noyau!fils!est!également!radioactif!! ○ Constantes!radioactives!:!père!(1)!(฀p)!et!fils!(2)!(฀f)!! ○ L’activité!du!fils!augmente!au!fur!et!à!mesure!que!celle!du!père!diminue! ○ !Mais!le!fils!étant!lui-même!radioactif,!son!activité!dépend!à!la!fois!de!T1!et!de!sa!propre!période,!T2!! ! ! ! ! ! ! ! Explication!graphique!:!! Lorsque!le!père!à!son!!activité!qui!diminue!au!cours!du!temps,!c’est!en!fait! compensé!par!l’augmentation!de!celle!de!l’élément!fils!de!manière!inversement! proportionnelle.!! ! ! ! ● les!applications!médicales! ○ Utilisation!courante!d’un!radionucléide!(fils,!T2)!à! décroissance!rapide,!fils!d’un!radionucléide!à!période!plus! longue!(père,!T1)!! ! ! ○ Utilisation!de!générateurs!permettant!la!reconstitution,!en!permanence,!du!produit!dont!on!a!besoin! et!qu’une!séparation!simple!permet!en!général!d’obtenir!à!l’état!pur.!! ○ →!La!cinétique!de!l’évolution!du!radionucléide!fils!correspond!à!la!différence!entre!sa!formation!au! détriment!du!père!et!sa!propre!désintégration.!

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! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

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! ! ! ! ! ! !

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! ! ! ! ! Dans!le!cas!où!T2!n’est!pas!négligeable!au!profit!de!T1!:!! ○ On!doit!tenir!compte!de!la!décroissance!du!père.!! ○ Après!chaque!extraction!:!L’activité!du!fils!croît!passant!par!un!maximum!et!puis!décroît!en!équilibre! avec!le!père!selon!la!période!de!ce!dernier!!...